基于模糊PID控制的逆變器研究

2015-12-23 02:27:38楊帆

科技視界 2015年34期

楊帆

（安徽理工大學電氣與信息工程學院，安徽淮南 232001）

0 引言

傳統(tǒng)的PID 控制器在使用時只需設定比例、積分、微分三個參數(shù)即可，使用方便，計算量小且魯棒性較好，因此在工業(yè)控制過程中有著廣泛的應用。但由于逆變器控制等場合難以建立準確的數(shù)學模型，PID 參數(shù)整定也就成了一個復雜的問題，依靠專家經驗和人工試湊的方法不僅不夠準確，而且比較耗時[1]。

本文引入模糊PID 控制策略，將模糊自適應控制與數(shù)字PID 控制相結合，通過模糊控制規(guī)則實現(xiàn)參數(shù)在線自整定。Matlab 仿真實驗結果表明，該控制方法穩(wěn)態(tài)輸出精度較高，提高了逆變系統(tǒng)輸出的正弦波質量。

1 模糊自適應PID 控制器的設計

1.1 控制器結構

控制器結構如圖1 所示，以逆變器系統(tǒng)作為被控對象，將其濾波輸出的正弦交流電壓信號和輸入?yún)⒖颊译妷盒盘柕恼`差E 和誤差變化率Ec 作為輸入，在運行過程中不斷檢測，并進行模糊化處理。根據(jù)PID 參數(shù)整定原則制定模糊規(guī)則表，通過查表和模糊運算輸出修正參數(shù)△Kp，△Ki 和△Kd，在傳統(tǒng)PID 參數(shù)的初值基礎上增加修正參數(shù)即可實現(xiàn)參數(shù)自整定。整定后的PID 參數(shù)Kp、Ki、Kd 由式（1）所示，其中Kp*、Ki*、Kd* 為預整定值，tp，ti，td 為修正系數(shù)。[2]

圖1 控制器結構圖

1.2 控制算法設計

模糊控制器的輸入變量為E 和Ec，輸出變量分別為和△Kp、△Ki和△Kd，各變量語言值為：{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}，記為[NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB]，選用靈敏度靈較強的三角函數(shù)作為隸屬函數(shù)，模糊控制器中各變量的基本論域取值為：E=[-3 3]，Ec=[-3 3]，△Kp=[-0.3 0.3]，△Ki=[-0.06 0.06]，△Kd=[-3 3]。

根據(jù)文獻中提到的參數(shù)整定原則進行參數(shù)整定[3]，通過模糊推理和實驗修正得到模糊控制規(guī)則表，如表1 所示。

表1 模糊控制規(guī)則表

2 逆變器仿真模型設計

搭建如圖2 所示的逆變器控制系統(tǒng)仿真模型。其中包括模糊PID子模塊，SPWM 波產生模塊和逆變器模塊。通過Repeating Sequence 模塊產生頻率為2KHz 的三角波作為基波，Sine Wave 模塊產生頻率為50Hz 的正弦波作為載波，通過模糊自適應PID 送到SPWM 產生模塊，實現(xiàn)SPWM 輸出，調制度為0.915，最終逆變輸出有效值為220V，頻率為50Hz 的正弦交流電壓。